Введение в электронные технологии, страница 3

Как нужно корректировать время экспонирования? 13 Работа № 2. Оценка погрешностей совмещения заготовки печатной платы н фотошаблона Осиввпаяе теоретничесние сведения Точность совмещения рисунков (изображений) при фотолитографии зависит от таких факторов, как точность системы совмещения (включая погрешности оператора), погрешность сверлильного станка и оборудования для изготовления фотошаблонов. Для контроля погрешностей совмещения используется заготовка печатной платы с просверленными в ней переходными отверстиями. С этой заготовкой совмещается тестовый фотошаблон, на котором выполнены изображения контактных площадок, координатно-сопряженных с отверстиями на заготовке печатной платы. На заготовку наносится пленочный негативный фоторезист и она совмещается с фотошаблоном.

Затем проводится экспонирование на установке, изображенной на рис, 8, и проявление фоторезнста. После этого с помогцью измерительной трубки или микроскопа с окуляр-микрометром измеряются погрешности совмещения отверстий и контактных площадок в нескольких зонах на заготовке платы. Для облегчения последующей обработки результатов измерений контрольные зоны выбираются симметрично и ортогонально относительно центра заготовки (рис.

12, а). Измеренные значения аь Ьь сь И, (рнс. 12, б) позволяют оценить взаимные смещения (рассовмещения) центров 1-й пары отверстий по осям; Ьхя =(а, — Ья)/2; Лу, = (с; — ая)/2. (2) Значения погрешностей совмещения из (1), (2) можно представить в виде векторограммы, показываюц1ей в определенном масштабе значения и направления векторов погрешностей совмещений в контрольных зонах. В погрешностях Ат„бу, можно выделить ряд составляющих (рис. 13). Рие. 12. Схема расположения контрольных зон (а) и схема проведения измерений (о) Рис.

13. Составляющие координатных погрешностей совмещения К нх числу относятся общие для всех зон смещения Ато и Ьуо, которые можно представить как результат смещения центров фотошаблона и заготовки платы из-за ошибок оператора или погрешностей системы совмещения. По причинам, перечисленным выше, могут появляться погрешности совмещения из-за угловых разворотов а„и а, осей топологических рисунков относительно общего центра, в общем 15 г о(бх,)= ~,~ (Ат,.

— Лх!) /(л — 3); ! 1 (12) а(бу,) = (3) Лх! =Лхс+аД+ц„Х!+бх,; Лу!=Лус — а Х,+р. у+бу. (4) Лхс — — ) Лх, /л; !=! (5) (6) Р, =,')„Л,Х, /,')„Х,2; Луо = Х Лу! / л '* (8) !х = — ~) Лу!Х!/~! Х!~; (10) л и р =~~' Лу!У! / )' У~ 16 17 случае — из-за возможного нарушения ортогональности координатных систем при сверлении отверстий или изготовлении фото- шаблона (а, ~ о! ) . По тем же причинам наиболее вероятны искажения совмещаемых слоев, т.

е. их растяжение или сжатие. Возникающие при этом погРешности зависЯт от коэффициентов 1!„, Рх искажений вдоль соответствующих осей и пропорциональны координатам Х, У, зоны измерения от центра заготовки, При сверлении отверстий, как и при изготовлении фатошаблонов, возможна также невоспроизводимость шага соответствующего механизма, приводящая к случайным смещениям бх„бу; контролируемых элементов относительно их номинальных положений.

Суммируя рассмотренные погрешности !-й зоны, предложим следующую математическую модель погрешностей совмещения: Используя метод наименьших квадратов, получим формулы для оценки составляющих погрешностей, входящих в уравнения (3), (4) математической модели: Формулы (5) — (10) соответствуют наиболее распространенному в практике случаю, когда относительное вращение заготовки печатной платы и фотошаблона выполняется относительно их обл Л щего центра, при этом ) Х,.

= ~ У, = О. 1=! ! ! Для оценки случайных погрешностей используются их средние квадратические отклонения, определяемые по формулам где Лх; =Лхс+а,У!+)!„Х„Лу! =Лус-ауХ!+)! У! — расчетные значения погрешностей в /-й зоне, полученные с помощью уравнений (5) — (1О).

Для записи исходных данных (координат зон и измеренных погрешностей), а также некоторых промежуточных результатов используемм матрицу: В столбце 1 записывают номера контрольных зон, а в столбцах 2 и 3 — координаты центров этих зон в виде безразмерных величин, принимающих значения +! и — 1 (см. рис. 12, а). Микрозазоры а! Ь, с! пь измеряемые в контрольных зонах, записываются в столбцы 4, 5 и 9, 10. В столбцы 6 и 11 заносятся значения погрешностей Лх„Луь определенные по формулам (1), (2), а в столбцы 7 и 12 — расчетные значения погрешностей Лх! и Лу; . Разности между измеренными и рассчитанными значениями погрешностей совмещений (случайные погрешности бх; и бу; в каждой зоне) записываются в столбцы 8 и 13.

Суммирование квадратов значений, получаемых в столбцах матрицы, облегчает расчет по формулам (11) и (12) дисперсий и средних квадратических отклонений случайных погрешностей. Отметим, что при измерениях погрешностей совмещения возможно появление случайных погрешностей результатов измерений, связанных с недостаточным разрешением измерительных средств, округлением показаний. Поэтому дисперсии случайных погрешностей в реальных условиях включают и этот вид случайных погрешностей. Порядок выяолнения работы 1.

Ознакомиться с основными теоретическими сведениями о процессе совмещения. 2. Нанести на заготовку печатной платы негативный пленочный фоторезист и совместить его с фотошаблоном. Провести экспонирование и проявление фоторезиста. 3, С помощью измерительной трубки или микроскопа с окуляр-микрометром измерять рассовмещения отверстий и контактных площадок в нескольких зонах на заготовке платы.

4. Оценить на базе математической модели (3), (4) основные составляющие погрешностей совмещения. 5, Проанализировать причины появления различных видов погрешностей. 6. Подготовить отчет (см. приложение 2). Контрольные вопросы и задания 1. Выведите формулы (1) и (2). 2. Проанализируйте формулы (5) и (8). Что онн Вам напоминают? Обоснуйте их применимость для оценки погрешностей смещения центров совмещаемых заготовки и фоторезиста. 3. Изобразите схему углового разворота двух ортогональных координатных систем. Обозначьте возникающие при этом координатные погрешности совмещения точек по осям Х и Е Получите формулы, описывающие эти погрешности совмещения в предположении малости угла разворота. Сравните их с формулами (6) н (9).

4. Проведите аналогичный анализ для координатных систем, подвергающихся растяжению и сжатию. Получите формулы, описывающие эти искажения. Сравните нх с формулами (7) и (10), 5. Предложите способ оценки случайных погрешностей измерений рассовмещений. НАНЕСЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ Тонкие пленки — это твердые слои толщиной не более 3 мкм.

Тонкие пленки различаются по материалу, структуре, характеру распределения. Их физические свойства могут значительно отличаться от соответствующих свойств массивных материалов. Это связано с размерными эффектами, взаимодействием поверхностей пленки и подложки, а также с иной, по сравнению с массивными материалами, структурой, Для тонких пленок станоюпся важным такой обычно не существенный для массивных материалов фактор, как шероховатость поверхности, поскольку от нее зависит коэффициент зеркальности отражения электронов поверхностью, определяющий проводимость и другие кинетические характеристики пленки.

Размеры структурных дефектов в тонких пленках могут быть сравнимыми с нх толщиной и поэтому могут существенно влиять на их свойства. В пленках возможны механизмы прохождения тока, отсутствующие в массивных материалах, например туннелирование электронов в островковых пленках. Отношение площади поверхности к объему у тонких пленок намного больше, чем у массивных материалов.

В результате поверхностная энергия тонких пленок оказывается сравнимой с полной свободной энергией, Это проявляется в изменении, по сравнению с массивными материалами, равновесной концентрации вакансий и других термодинамических характеристик и в конечном счете сказывается на механических, тепловых и других свойствах тонких пленок. Электрофизические и эксплуатационные характеристики тонких пленок зависят от их структуры и состава (размера зерна, количества загрязняющих примесей), адгезии к подложке, механических напряжений, окисляемости и т.

д. Наибольшее влияние на эти факторы оказывают чистота подложки и исходного материала, температура подложки и скорость осаждения, давление и состав остаточных газов вакуумной камеры, способ генерации осаждаемых атомов и молекул, сродство материала пленки и кислорода, привносимые дефекты и т. п. Тонкие пленки широко применяются в электронике (активные и пассивные элементы, межсоединения), архитектуре и строительстве (энергосберегающие и светозащитные покрытия на стекла), машиностроении (нзносостойкие покрытия на инструменте, твердосмазочные покрытия на детали узлов трения), оптике (просветляющие покрытия), а также в медицине (антисептические покрытия) и многих других областях. 19 Для получения тонких пленок используют различные физические и химические процессы: термическое вакуумное испарение, ионное распыление, осаждение ионным распылением, электролиз, пиролиз, термическое окисление и ряд других. Технологический процесс нанесения тонких пленок на поверхность подложки включает в себя следующие основные операции: а) подготовка подложек (очистка и отмывка); б) загрузка подложек в камеру; в) создание в объеме камеры технологической среды и обеспечение режимов, необходимых для нанесения пленки; г) непосредственно нанесение пленки; д) выгрузка подложек; е) контроль параметров тонкой пленки, Нужная конфигурация тонкопленочных элементов (их рисунок) создается осаждением через маски, фотолитографией, электронолитографией и другими способами.